Question

如圖，在三棱柱A₁B₁C₁-ABC中，A₁A⊥平面ABC，A₁A=AB=AC，AB⊥AC，點D是BC上一點，且AD⊥C₁D．
（1）求證：平面ADC₁⊥平面BCC₁B₁；
（2）求證：A₁B∥平面ADC₁；
（3）求二面角C-AC₁-D大小的余弦值．

Answer 1

（1）證明：依題意，C₁C⊥平面ABC，∵AD?平面ABC∴C₁C⊥AD，…（2分）
又AD⊥C₁D，∴C₁C∩C₁D=C₁∴AD⊥平面BC₁，又AD?平面ABC…（3分）
∴平面ADC₁⊥平面BCC₁B₁…（4分）
（2）證明：連接A₁C交AC₁于點E，則E是A₁C的中點，連接DE．…（5分）
由（1）知AD⊥平面BC₁，∴AD⊥BC，∴D是BC中點…（6分）
∴A₁B∥DE…（7分）
又∵DE?平面ADC₁，∵A₁B?平面ADC₁∴A₁B∥平面ADC₁．…（8分）
（3）如圖，建立空間直角坐標系Axyz，設A₁A=AB=AC=2，
則A（0，0，0），D（1，1，0），C₁（0，2，2）．…（9分）

AD

=(1，1，0)，

AC1

=(0，2，2)，
設平面ADC₁的一個法向量為

m

=(x，y，z)，
則

m

•

AD

=0，

m

•

AC1

=0，
即

x+y=0 2y+2z=0

，令x=1，得y=-1，z=1，
∴

m

=(1，-1，1)．
取平面CAC₁的一個法向量為

n

=(1，0，0)，…（11分）
則cos＜

m

，

n

＞=

m • n

| m |•| n |

=

1

3 •1

=

3

3

．
所以二面角C-AC₁-D大小的余弦值為

3

3

．…（13分）